浅析水电站增效扩容改造改造方案及实践

曾胤

摘要：文章以某水电站为例，对水电站增效扩容技术改造进行探讨，提出水电站优化设计的方法措施。通过技术改造,达到了充分利用水能资源、增加出力、提高效率以及提高设备运行稳定性、安全性等目的,具有显著的经济效益和社会效益。

关键词：水电站；增效扩容；技术改造；效益

引言

中小水电站作为我国能源供应的重要组成部分，在历史上发挥了重要而积极的作用，既为经济社会发展提供了稳定的电力能源供应；又发挥了防洪、抗旱的重要作用，确保了当地流域的安全。但随着经济社会的快速发展，中小水电站由于运营时间久远，受当时装备水平、设计标准、施工技术等方面的限制，已经不能充分满足当前经济社会发展需求，迫切需要进行增效扩容改造。

1概述

某水电站增效扩容改造项目是“十二五”规划实施的第二批农村水电增效扩容改造工程，项目总投资1560万元。工程建设主要项目有:水轮发电机组增容改造，装机容量由2×3750kW改造为2×4000kW；更新改造调速器，更新监控保护设备、高低压开关柜、户外开关设备、主变等电气设备，机械附属设备、金属结构维修维护，引水渠道防渗加固，增建副厂房及原厂房修缮等，实施综合自动化监控系统和视频监视系统，实现了增效、安全、规范的改造建设目的，达到了“少人值守”的工程设计标准。

2增效扩容改造原因分析

2.1电站发电出力不足

本水电站为引水式电站，引水渠道980m，设计过水流量为84.80m3/s。电站内建有两个车间，一车间装机2×3750kW，引用流量74.60m3/s，设计水头12.50m，另一车间装机1×1000kW，引用流量10.20m3/s，由于多年运行的冲刷，造成引水渠内侧凹凸不平，粗糙增大，输水能力下降，渗漏水较大，水库正常蓄水位下电站发电出力仅达到7900kW，达不到总装机的额定出力。

2.2发电机组定子、转子运行温度过高

2×3750kW机组于1993年投产运行，经过20多年的运行，设备老化，性能下降，经过多次维修维护，转轮叶片变形，漏水量增大，效率下降；发电机组投产以来定子、转子运行温度过高，额定负荷下定子线圈运行温度高达125℃，导致绝缘过快老化，多次发生击穿短路事故。为了避免击穿短路事故的发生，电站以降低有功负荷和无功负荷运行，为解决发电机组定子、转子运行温度过高问题，历年来经不断探讨处理，对发电机组的风路、冷却及转子线圈等方面进行技术改造，但收效甚微，仅能降低3℃，没能从根本上解决温度过高问题；由于发电机组运行温度过高，不仅浪费水力资源造成发电量损失，且由于发无功功率不足欠发无功电量受扣罚。

3“增效、扩容”论证

本水电站把“增效、扩容”作为设计论证的核心，通过对水文资源、过水流道、设备选型进行充分的分析论证，对布局规划、焦点问题进行细致研究，科学、准确、标准的确定设计方案。

3.1对水资源利用进行充分的分析论证

水电增效改造必须对水资源利用进行充分的分析论证，根据水文资料，本电站坝址多年平均流量为107m3/s，已引用水流量为84.80m3/s，经设计计算在引水渠道断面的基础上采取渠道全线防渗三面光处理，可使过水能力达105m3/s，从水文条件及引水设施基础条件上具有增容的余量。

3.2机组原有基础和土建基础具备增效扩容条件

机组原有基础和土建基础，结合水力条件，可增容到2×4500kW，但需加高定子、转子高度，引起机组转动部件的加长，且满2×4500kW运行时间段短，利用率不高；机组增容为2×4000kW，机组满2×4000kW运行的时间段较长，且按照机组设计余量可在较短的时段内以4500kW运行，故年利用率更高，且机组基本尺寸不变。

4“增效、扩容”方案

原水轮机转轮设计效率只有86%，利用新技术、新材料、新工艺制造生产的水轮机转轮效率高达90%以上，水轮机转轮的更新改造可提高效率4%以上。经过论证，确定增容改造为2×4000kW，更换水轮机转轮，提高水轮机效率和出力；更换加大定转子线圈截面和加长铁芯、更换绝缘为F级，增加发电机组容量，改善发电机组性能，降低发电机运行温度；引水渠道三面光处理，增加渠道过水能力。

4.1电站特征参数

电站的水位和净水头等特征参数见表1。

表1本水电站主要特征参数单位:m

4.2改造前后水轮机主要参数

技术改造前、后1号～2号水轮机基本参数见表2。

表2本水电站改造前后1～2号水轮机主要参数

4水轮机转轮改造前后转轮特性对比分析

a.效率比较。ZZK283/400-LH-250在发4000kW时的效率比ZZ560a-LH-250发3750kW时的效率高出4%。

b.汽蚀性能比较。ZZK283/400-LH-250在发4000kW时的汽蚀系数与ZZ560a-LH-250发3750kW时的汽蚀系数相当，即相对于ZZ560a-LH-250转轮，ZZK283/400-LH-250转轮能更加稳定地运行在出力比较高的工况中。

c.超发性能。ZZK283/400-LH-250的超发性能明显要高于ZZ560a-LH-250。

5更新改造后成效

原水轮机转轮为ZZ60a-LH-250，转轮叶片为45号钢，额定效率86%，最高效率89%，额定流量为37.40m3/s，更换为ZZK283/400-LH-250不锈钢转轮，额定效率90%，最高效率92%，额定流量38.20m3/s；原发电机组为SF3750-28/3900，改造为SF4000-28/3900的发电机组，工程改造后成效明显。

5.1实现了本水电站增效扩容改造的预期目的

机组增容技术改造和引水渠道过水性能的改造，实现了本水电站增效扩容改造的预期目的，投产以来，机组运行稳定，各项指标均达到规范要求，机组能出力在4000kW负荷下稳定运行，经运行对比分析，在丰水期河流水在设计正常蓄水位下，电站发电总出力达到9000kW，比改造前增加出力1100kW。经一年的发电运行分析，增效扩容改造后年增加发电量780万kW•h，增长20%以上。

5.2改造工程从根本上消除了长期以来困扰电站的安全隐患

通过改造更换并增加定子转子线圈截面及升级绝缘为F级、更换铁芯并增加铁芯长度、更新空气冷却器和增加冷却容量等，终于彻底解决了这一历年困绕发电生产的难点问题，经改造后发电机定子线圈最高温度仅为90℃，比改造前降低了35℃，发电机组运行参数均能达到额定参数运行，发电机组的降温改造也从中促进生产环境温度的改善。

原引水渠道沿线三面（渠侧及渠底）均有渗漏水，沿渠边巡查可听到水从渠内往渠外渗冒的声音，渗漏造成渠边、渠底的掏空坍塌，多年来电站不断的修修补补，多次组织塌方抢险抢修，不仅影响发电生产，对沿渠的农田农作物损害影响较大，曾有导致群众到电站索赔事件；本次增效扩

容改造工程对渠道全线全面的进行维护维修，渠道内侧得到重新砂浆批面防渗、渠底采取混凝土加固处理、多处掏空坍塌的渠底渠侧进行了混凝土灌浆和混凝土挡墙或毛石混凝土墙处理，经改造施工后渠道全线全面防渗和除险加固，长年潜在的隐患全面消除。优化设备布局，提高安全生产水平。增效扩容改造前本水电站厂房各层的地面空间不够宽裕，不能满足设备检修维护期间的现场定置管理要求和安全需要，为此改造工程需对厂房空间和设备布局进行优化，为拓宽非设备区空间，在原厂房外的右侧建造了副厂房，将原设置于厂房内的中控室及设备盘柜和原设置于水机层的高压设备盘柜均移到新建副厂房，将发电机层机旁盘往尾水侧移置，拓宽了发电机组周边空间和水机层非设备空间，改造后厂房更宽敞、布局更简洁、监控更集中、环境更安全，减小机组噪音对值班人员身心健康的危害。

6结束语

本水电站增效扩容改造工程的实施，提高了水能的利用率和电站经济效益，提升了电站安全生产水平，确保值班人员身心健康。目前，我国有待开发水利资源逐步减少，而且新电站投资大、周期长，而老电站增效扩容改造由于不需要再建大坝等水工建筑物，故投资少、周期短、收益大。因此，水电站增效扩容改造是一项投入少产出多效益显著的项目，是提高水电站运行可靠性和经济性的最主要方向。

参考文献

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